(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードで短絡された界磁巻線を巻回された回転子と、前記回転子から生じる磁束と鎖交して交流電力を生じる出力巻線と前記出力巻線に対して所定の位相角で配置され、進相コンデンサで短絡された励磁巻線とを巻回された固定子と、前記回転子を前記固定子に対して回転させる内燃機関とからなるコンデンサ補償式発電機において、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記出力巻線から出力される交流電力の電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記内燃機関の回転数を変更自在なアクチュエータと、前記検出された出力電圧が目標電圧となるように前記検出された回転数を目標回転数に制御する定電圧運転モードと、前記出力巻線から出力される交流電力の周波数が目標周波数となるように前記検出された回転数を所定回転数に制御する定周波数運転モードとからなる運転モードのいずれかに従って前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段とを備えたことを特徴とするコンデンサ補償式発電機。
【請求項２】
ユーザの操作によって前記定電圧運転モードと定周波数運転モードのいずれかを選択させる運転モード選択スイッチを備えると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記運転モード選択スイッチを介してユーザによって選択された運転モードに従って前記アクチュエータを駆動することを特徴とする請求項１記載のコンデンサ補償式発電機。
【請求項３】
前記定電圧運転モードにおける前記目標電圧がユーザによって設定された値であると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記定電圧運転モードが選択されたとき、前記検出された出力電圧が前記目標電圧に収束するように前記目標回転数を算出することを特徴とする請求項２記載のコンデンサ補償式発電機。
【請求項４】
前記定周波数運転モードにおける所定回転数が目標周波数に応じて設定される固定値であると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記定周波数運転モードが選択されたとき、前記検出された回転数を前記固定値に制御することを特徴とする請求項２または３記載のコンデンサ補償式発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンデンサ補償式発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイオードで短絡された界磁巻線を巻回された回転子と、それから生じる磁束と鎖交することで交流電力を生じる出力巻線と出力巻線に対して所定の位相角で配置される進相コンデンサで短絡された励磁巻線とを巻回された固定子と、それらを相対回転させる内燃機関とからなるコンデンサ補償式発電機は良く知られており、その例として特許文献１記載の技術を挙げることができる。この発電機は本来的にはブラシレス単相同期発電機であり、考案者の名前をとって野中式発電機とも呼ばれる。
【０００３】
この発電機にあっては、励磁巻線には進相コンデンサによって９０度位相が進んだ電流が流れ、電機子反作用によって界磁巻線に生じる界磁電流をダイオードで整流し、内燃機関で回転させられる回転子（界磁）をＮＳ極に直流磁化して回転磁界を発生させる。固定子に巻回された出力巻線は、回転子の回転磁界から生じる磁束と鎖交して交流電力を生じる。
【特許文献１】特開昭６３―２２７９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このコンデンサ補償式発電機はブラシ、スリップリングなどが不要であるなど構造が簡単なことから低価格帯で広く普及しているが、出力電圧が機関回転数の上昇に伴って上昇すると共に、負荷の増減に応じて変動するため、出力電圧が安定しない不都合があった。また、負荷によっては周波数が一定なことが望まれるが、それについても十分には満足し難いものであった。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、出力される交流電力の電圧あるいは周波数が一定となるようにしたコンデンサ補償式発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、ダイオードで短絡された界磁巻線を巻回された回転子と、前記回転子から生じる磁束と鎖交して交流電力を生じる出力巻線と前記出力巻線に対して所定の位相角で配置され、進相コンデンサで短絡された励磁巻線とを巻回された固定子と、前記回転子を前記固定子に対して回転させる内燃機関とからなるコンデンサ補償式発電機において、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段と、前記出力巻線から出力される交流電力の電圧を検出する出力電圧検出手段と、前記内燃機関の回転数を変更自在なアクチュエータと、前記検出された出力電圧が目標電圧となるように前記検出された回転数を目標回転数に制御する定電圧運転モードと、前記出力巻線から出力される交流電力の周波数が目標周波数となるように前記検出された回転数を所定回転数に制御する定周波数運転モードとからなる運転モードのいずれかに従って前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段とを備える如く構成した。
【０００７】
請求項２に係るコンデンサ補償式発電機にあっては、ユーザの操作によって前記定電圧運転モードと定周波数運転モードのいずれかを選択させる運転モード選択スイッチを備えると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記運転モード選択スイッチを介してユーザによって選択された運転モードに従って前記アクチュエータを駆動する如く構成した。
【０００８】
請求項３に係るコンデンサ補償式発電機にあっては、前記定電圧運転モードにおける前記目標電圧がユーザによって設定された値であると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記定電圧運転モードが選択されたとき、前記検出された出力電圧が前記目標電圧に収束するように前記目標回転数を算出する如く構成した。
【０００９】
請求項４に係るコンデンサ補償式発電機にあっては、前記定周波数運転モードにおける所定回転数が目標周波数に応じて設定される固定値であると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記定周波数運転モードが選択されたとき、前記検出された回転数を前記固定値に制御する如く構成した。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係るコンデンサ補償式発電機にあっては、内燃機関の回転数と出力される交流電力の電圧を検出すると共に、出力電圧検出手段と、検出された出力電圧が目標電圧となるように検出された回転数を目標回転数に制御する定電圧運転モードと、出力される交流電力の周波数が目標周波数となるように検出された回転数を所定回転数に制御する定周波数運転モードのいずれかに従って内燃機関の回転数を変更自在なアクチュエータを駆動する如く構成したので、出力される交流電力の電圧あるいは周波数を一定とすることができる。
【００１１】
その結果、定電圧運転モードであれば負荷が増減しても一定の電圧の交流電力を出力できると共に、定周波数運転モードであれば負荷に一定の周波数の交流電力を出力することができる。さらに、定電圧運転モードにあっては低負荷時には回転数が低くなるように制御されるため、燃費を節約できると共に、低騒音となって対環境性も高めることができる。
【００１２】
請求項２に係るコンデンサ補償式発電機にあっては、ユーザの操作によって運転モードを選択させる運転モード選択スイッチを備えると共に、運転モード選択スイッチを介してユーザによって選択された運転モードに従ってアクチュエータを駆動する如く構成したので、上記した効果に加え、ユーザの意図に良く沿うことができる。
【００１３】
請求項３に係るコンデンサ補償式発電機にあっては、定電圧運転モードにおける目標電圧がユーザによって設定された値であると共に、定電圧運転モードが選択されたとき、検出された出力電圧が目標電圧に収束するように前記目標回転数を算出する如く構成したので、上記した効果に加え、負荷が増減してもユーザの意図に一層良く沿うことができ、ユーザが要求する一定の電圧の交流電力を確実に出力することができる。
【００１４】
請求項４に係るコンデンサ補償式発電機にあっては、定周波数運転モードにおける所定回転数が目標周波数に応じて設定される固定値であると共に、定周波数運転モードが選択されたとき、検出された回転数を前記固定値に制御する如く構成したので、上記した効果に加え、一定の周波数の交流電力を一層確実に出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に即してこの発明に係るコンデンサ補償式発電機を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１６】
図１はこの発明の実施例に係るコンデンサ補償式発電機を全体的に示すブロック図である。
【００１７】
図１において符号１０はそのコンデンサ補償式発電機を示し、発電機１０は内燃機関（以下「エンジン」といい、ＥＮＧと示す）１２を備え、交流１００Ｖ−２．１ｋＶＡの定格出力を有する。発電機１０は本来的にはブラシレス単相同期発電機である。
【００１８】
エンジン１２はガソリンを燃料とする空冷点火式であり、エアクリーナ（図示せず）から吸引されて吸気管１２ａを流れた吸気は、キャブレタ１２ｂに流れる。キャブレタ１２ｂにはチョークバルブ１２ｃとスロットルバルブ１２ｄが配置され、吸気を調量する。
【００１９】
燃料タンク（図示せず）から圧送されたガソリン燃料は、ベンチュリ１２ｅから噴射されて吸気と混合し、よって生じた混合気は吸気バルブ１２ｆが開弁するときに燃焼室１２ｇに流入する。
【００２０】
燃焼室１２ｇの混合気は点火プラグ１２ｉによって所定の点火時期で点火されて燃焼し、ピストン１２ｊを図で下方に駆動してピストン１２ｊに連結されたクランクシャフト１２ｋを回転させる。燃焼によって生じた排ガスは、排気バルブ１２ｌが開弁するとき、排気管１２ｍを流れ、マフラ１２ｎを通って外部に放出される。
【００２１】
クランクシャフト１２ｋの一端にはフライホイール１２ｏが配置される。フライホイール１２ｏの内側には永久磁石（図示せず）が配置されると共に、外側には発電コイル１２ｐと励磁コイル１２ｑが配置される。
【００２２】
スロットルバルブ１２ｄにはステッピングモータからなるアクチュエータ（以下「スロットルモータ」という）１２ｓが連結される。スロットルモータ１２ｓは作動させられるとき、スロットルバルブ１２ｄを開閉してエンジン回転数ＮＥを変更する。
【００２３】
エンジン１２には発電部１４が接続され、エンジン１２で駆動される。図示の如く、発電部１４は、回転子１４ａと固定子１４ｂを備える。回転子１４ａはエンジン１２のクランクシャフト１２ｋの他端に連結され、クランクシャフト１２ｋの回転に伴って回転する。固定子１４ｂはエンジン１２の適宜位置に固定される。
【００２４】
回転子１４ａにはダイオード１４ａ１で短絡された界磁巻線１４ａ２が巻回されると共に、固定子１４ｂには回転子１４ａから生じる磁束と鎖交して交流電力を生じる出力巻線１４ｂ１と、前記出力巻線１４ｂ１に対して所定の位相角、即ち、９０度の位相角（電気角）で配置され、進相コンデンサ１４ｂ２で短絡された励磁巻線１４ｂ３とが巻回される。
【００２５】
この構成において、励磁巻線１４ｂ３には進相コンデンサ１４ｂ２によって９０度位相が進んだ電流が流れ、電機子反作用によって界磁巻線１４ａ２に生じる界磁電流をダイオード１４ａ１で整流し、エンジン１２のクランクシャフト１２ｋで回転させられる回転子１４ａをＮＳ極に直流磁化して回転磁界を発生させる。
【００２６】
回転子１４ａに対峙する固定子１４ｂに巻回された出力巻線１４ｂ１は、回転子１４ａの回転磁界から生じる磁束と鎖交して図１の下部に示されるような単相の交流電力を生じる。出力巻線１４ｂ１は、端子１６を介して負荷１８に接続される。出力巻線１４ｂ１には電圧センサ２０が配置され、出力巻線１４ｂ１から出力される電圧を示す出力を生じる。
【００２７】
発電機１０は、電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）２２に接続される。図示は省略するが、ＥＣＵ２２はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏなどを備えたマイクロコンピュータからなる。電圧センサ２０の出力はＥＣＵ２２に送られる。
【００２８】
また発電コイル１２ｐで発電される交流出力は整流回路（図示せず）で整流された後、動作電源としてＥＣＵ２２に供給されると共に、その交流出力の電圧波形は整形回路（図示せず）で整形されてＥＣＵ２２に送られる。ＥＣＵ２２は整形回路の出力からエンジン回転数ＮＥを検出する。このように、発電コイル１２ｐはエンジン回転数ＮＥに同期した出力を生じる。
【００２９】
尚、励磁コイル１２ｑの出力は点火回路１２ｔに送られ、点火プラグ１２ｉの点火電源に使用される。尚、ＥＣＵ２２は、エンジン１２を停止させる必要があるとき、ＳＷ（スイッチ）１２ｕを開放して点火を中止させる。
【００３０】
またピストン１２ｊの下方のオイルパン１２ｖの底面付近にはオイルＳＷ（スイッチ）１２ｗが配置され、オイル（潤滑油）のレベルがスイッチ配置位置を下回ると、オン信号を出力する。オイルスイッチ１２ｗの出力もＥＣＵ２２に送られる。
【００３１】
発電機１０の適宜位置には、ユーザ（使用者）の操作によって定電圧運転モードと定周波数運転モードのいずれかを選択させる運転モード選択ＳＷ（スイッチ）２４が配置される（後述）。尚、スイッチ２４には定電圧運転モードが選択された場合、要求する電圧を目標電圧として設定させるボリュームも設けられる。また、定周波数運転モードが選択された場合、目標周波数として商用電源周波数の５０Ｈｚと６０Ｈｚのいずれかを選択させるスイッチも設けられる。運転モード選択スイッチ２４の出力も、ＥＣＵ２２に送られる。
【００３２】
図２は、図１に示すＥＣＵ２２の動作を機能的に示すブロック図である。図示の如く、ＥＣＵ２２は、運転モード決定部２２ａ、固定記憶部２２ｂ、出力電圧検出部２２ｃ、目標回転数記憶部２２ｄ、ＰＩＤ制御部２２ｅ、エンジン回転数計算部２２ｆを備える。
【００３３】
図３は、図１に示すＥＣＵ２２の動作を図２と平行して示すフロー・チャートである。
【００３４】
以下、図３を中心としてＥＣＵ２２の動作を説明する。
【００３５】
先ずＳ１０において運転モード決定部２２ａで決定された運転モードが定電圧運転モードか、即ち、運転モード選択スイッチ２４を介してユーザによって選択された運転モードが、定電圧運転モードと定周波数運転モードの内の定電圧運転モードであるか否か判断する。
【００３６】
図４は、この２種の運転モードの特性を示す説明グラフである。
【００３７】
この実施例に係る発電機１０にあっては、検出された出力電圧が目標電圧となるように検出されたエンジン回転数ＮＥを目標回転数に制御する定電圧運転モードと、出力巻線１４ｂ１から出力される交流電力の周波数が目標周波数となるように検出されたエンジン回転数ＮＥを所定回転数に制御する定周波数運転モードとからなる２種の運転モードが用意される。
【００３８】
これについて説明すると、前記した如く、コンデンサ補償式発電機１０はブラシ、スリップリングなどが不要であるなど構造が簡単なことから低価格帯で広く普及しているが、図５に示す如く、従来技術に係るコンデンサ補償式発電機の場合、出力電圧がエンジン回転数ＮＥの上昇に伴って上昇すると共に、図６に示す如く、負荷の増減に応じて変動して出力電圧が安定しない不都合があった。他方、負荷の種類によっては周波数が一定なことが望まれるが、それについても十分には満足し難いものであった。
【００３９】
この実施例にあっては、その点に鑑み、スロットルモータ１２ｓによってエンジン１２の回転数ＮＥを変更自在とすると共に、２種の運転モードを用意し、ユーザによって選択可能に構成した。
【００４０】
図３の説明に戻ると、Ｓ１０で否定されるときは定周波数運転モードが選択されたことを意味するので、Ｓ１２に進み、さらに目標周波数として５０Ｈｚが選択されたか否か判断し、肯定されるときはＳ１４に進み、目標回転数（前記した所定回転数）を３０００ｒｐｍと決定する一方、否定されるときはＳ１６に進み、３６００ｒｐｍと決定する。
【００４１】
次いで、Ｓ１８に進み、決定された目標回転数（所定回転数）をセット（記憶）し、Ｓ２０に進み、現在のエンジン回転数ＮＥを検出し、Ｓ２２に進み、スロットルモータ１２ｓの動作をＰＩＤ制御する。
【００４２】
即ち、ＥＣＵ２２は、出力巻線１４ｂ１から出力される交流電力の周波数が目標周波数（５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）となるように検出された回転数ＮＥを目標回転数（所定回転数。３０００ｒｐｍあるいは３６００ｒｐｍ）に制御する定周波数運転モードに従ってスロットルモータ１２ｓの駆動を制御する。
【００４３】
図２を参照して説明すると、ＥＣＵ２２は、ユーザの選択に従って運転モード決定部２２ａで定周波数運転モードが選択されたときは固定記憶部２２ｂに記憶される２種の目標回転数（所定回転数。固定値）を選択（決定）し、それを目標回転数記憶部２２ｄに記憶（セット）する。
【００４４】
次いでエンジン回転数計算部２２ｆで発電コイル１２ｐの出力から計算（検出）されたエンジン回転数ＮＥと目標回転数の偏差に応じてＰ（比例）項、Ｉ（積分）項、Ｄ（微分）からなるフィードバック制御項を算出してスロットルモータ１２ｓを駆動し、スロットルバルブ１２ｄを開閉する。
【００４５】
前記した如く、発電コイル１２ｐの出力はエンジン回転数ＮＥに同期することから、発電コイル１２ｐの出力から検出されるエンジン回転数ＮＥと目標回転数の偏差が解消するようにスロットルモータ１２ｓの動作をＰＩＤ制御（フィードバック制御）することで、図４に示す如く、負荷の変動に関わらず、出力巻線１４ｂ１から出力される交流電力の周波数を一定、即ち、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚに制御することができる。
【００４６】
図３の説明に戻ると、Ｓ１０で肯定されるときは定電圧運転モードが選択されたと判断されるので、Ｓ２４に進み、出力電圧を検出し、Ｓ２６に進み、目標回転数を算出し、Ｓ１８以降に進み、検出された出力電圧が目標電圧となるように検出されたエンジン回転数ＮＥを目標回転数に制御する定電圧運転モードに従ってスロットルモータ１２ｓを駆動する。
【００４７】
図２を参照して説明すると、ＥＣＵ２２はユーザの選択に従って運転モード決定部２２ａで定電圧運転モードと決定されたときは出力電圧検出部２２ｃで出力電圧を検出し、目標回転数を算出して目標回転数記憶部２２ｄに記憶（セット）する。
【００４８】
この定電圧運転モードにおける目標電圧はユーザによって設定された値であり、ＰＩＤ制御部２２ｅなどでは、定電圧運転モードが選択されると共に、目標電圧が設定されたとき、検出された出力電圧がその目標電圧に収束するように目標エンジン回転数を算出する。そしてＰＩＤ制御部２２ｅではその目標回転数と検出されたエンジン回転数ＮＥと偏差に応じてＰ（比例）項、Ｉ（積分）項、Ｄ（微分）からなるフィードバック制御項を算出してスロットルモータ１２ｓを駆動し、スロットルバルブ１２ｄを開閉駆動する。
【００４９】
このように、検出された出力電圧が目標電圧に収束するように目標エンジン回転数を算出し、その目標回転数と検出されたエンジン回転数ＮＥと偏差に応じてＰ（比例）項、Ｉ（積分）項、Ｄ（微分）からなるフィードバック制御項を算出してスロットルモータ１２ｓの動作をＰＩＤ制御（フィードバック制御）することで、図４に示す如く、負荷の変動に関わらず、出力巻線１４ｂ１から出力される交流電力の電圧を一定に制御することができる。
【００５０】
上記した如く、この実施例にあっては、ダイオード１４ａ１で短絡された界磁巻線１４ａ２を巻回された回転子１４ａと、前記回転子１４ａから生じる磁束と鎖交して交流電力を生じる出力巻線１４ｂ１と前記出力巻線１４ｂ１に対して所定（９０度）の位相角で配置され、進相コンデンサ１４ｂ２で短絡された励磁巻線１４ｂ３とを巻回された固定子１４ｂと（からなる発電部１４）と、前記回転子１４ａを前記固定子１４ｂに対して回転させるエンジン（内燃機関）１２とからなるコンデンサ補償式発電機１０において、前記エンジン（内燃機関）１２の回転数ＮＥを検出する回転数検出手段（発電コイル１２ｐ，ＥＣＵ２２，エンジン回転数計算部２２ｆ，Ｓ２０）と、前記出力巻線１４ｂ１から出力される交流電力の電圧を検出する出力電圧検出手段（電圧センサ２０，ＥＣＵ２２，出力電圧検出部２２ｃ，Ｓ２４）と、前記エンジン（内燃機関）１２の回転数ＮＥを変更自在なアクチュエータ（スロットルモータ）１２ｓと、前記検出された出力電圧が目標電圧となるように前記検出された回転数ＮＥを目標回転数に制御する定電圧運転モードと、前記出力巻線１４ｂ１から出力される交流電力の周波数が目標周波数となるように前記検出された回転数ＮＥを所定回転数（目標回転数、即ち、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）に制御する定周波数運転モードとからなる運転モードのいずれかに従って前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段（Ｓ１０からＳ２６）とを備える如く構成したので、出力される交流電力の電圧あるいは周波数を一定とすることができる。
【００５１】
その結果、定電圧運転モードであれば負荷が増減してもユーザが要求する一定の電圧の交流電力を出力できると共に、定周波数運転モードであれば負荷に一定の周波数の交流電力を出力することができる。さらに、定電圧運転モードにあっては低負荷時にはエンジン回転数ＮＥが低くなるように制御されるため、燃費を節約できると共に、低騒音となって対環境性も高めることができる。
【００５２】
また、ユーザの操作によって前記定電圧運転モードと定周波数運転モードのいずれかを選択させる運転モード選択スイッチ２４を備えると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記運転モード選択スイッチを介してユーザによって選択された運転モードに従って前記アクチュエータを駆動する（Ｓ１０）如く構成したので、上記した効果に加え、ユーザの意図に良く沿うことができる。
【００５３】
また、前記定電圧運転モードにおける前記目標電圧がユーザによって設定された値であると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記定電圧運転モードが選択されたとき、前記検出された出力電圧が前記目標電圧に収束するように前記前記目標回転数を算出する（Ｓ１０，Ｓ２４，Ｓ２６）如く構成したので、上記した効果に加え、負荷が増減してもユーザの要求する一定の電圧の交流電力を確実に出力することができ、ユーザの意図に一層良く沿うことができる。
【００５４】
また、前記定周波数運転モードにおける所定回転数が目標周波数に応じて設定される固定値であると共に、前記アクチュエータ駆動手段は、前記定周波数運転モードが選択されたとき、前記検出された回転数を前記固定値に制御する（Ｓ１０からＳ２２）如く構成したので、上記した効果に加え、一定の周波数の交流電力を一層確実に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】この発明の実施例に係るコンデンサ補償式発電機を全体的に示すブロック図である。
【図２】図１に示すＥＣＵ（電子制御ユニット）の動作を機能的に示すブロック図である。
【図３】図１に示すＥＣＵの動作を図２と平行して示すフロー・チャートである。
【図４】図１に示すＥＣＵが実行する定電圧運転モードと定周波数運転モードの特性を示す説明グラフである。
【図５】従来技術に係るコンデンサ補償式発電機の無負荷時の回転数と出力電圧の特性を示す説明グラフである。
【図６】従来技術に係るコンデンサ補償式発電機の３０００ｒｐｍにおける負荷と出力電圧の特性を示す説明グラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０  コンデンサ補償式発電機、１２  内燃機関（エンジン）、１２ｄ  スロットルバルブ、１２ｐ  発電コイル、１２ｓ  アクチュエータ（スロットルモータ）、１４  発電部、１４ａ  回転子、１４ａ１  ダイオード、１４ａ２  界磁巻線、１４ｂ  固定子、１４ｂ１  出力巻線、１４ｂ２  進相コンデンサ、１４ｂ３  励磁巻線、１８  負荷、２０  電圧センサ、２２  電子制御ユニット（ＥＣＵ）、２４  運転モード選択ＳＷ（スイッチ）
【図１】
0005130105.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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